Nginx + php-fpm工作原理学习

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Nginx + php-fpm工作原理

要明白nginx 与 php-fpm是如何协同工作的,那么首先要明白CGI (Common Gateway Interface) 和 FastCGI 这两个协议

CGI与fastcgi

CGI 是 Web Server 与后台语言交互的协议，有了这个协议，开发者可以使用任何语言处理[比如网上有教程用C来写cgi] Web Server 发来的请求，动态的生成内容。但 CGI 有一个致命的缺点，那就是每处理一个请求都需要 fork 一个全新的进程，随着 Web 的兴起，高并发越来越成为常态，这样低效的方式明显不能满足需求。就这样，FastCGI 诞生了，CGI 很快就退出了历史的舞台。

FastCGI，顾名思义为更快的CGI, 它允许在一个进程内处理多个请求，而不是一个请求处理完毕就直接结束进程，性能上有了很大的提高。

FastCGI是一个可伸缩地、高速地在HTTP server和动态脚本语言间通信的接口。多数流行的HTTP server都支持FastCGI，包括Apache、Nginx和lighttpd等。同时，FastCGI也被许多脚本语言支持，其中就有PHP

FastCGI接口方式采用C/S结构，可以将HTTP服务器和脚本解析服务器分开，同时在脚本解析服务器上启动一个或者多个脚本解析守护进程。当HTTP服务器每次遇到动态程序时，可以将其直接交付给FastCGI进程来执行，然后将得到的结果返回给浏览器。这种方式可以让HTTP服务器[如nginx]专一地处理静态请求或者将动态脚本服务器的结果返回给客户端，这在很大程度上提高了整个应用系统的性能。

至于 FPM (FastCGI Process Manager)，它是 FastCGI 的实现，任何实现了 FastCGI 协议的 Web Server 都能够与之通信。FPM 之于标准的 FastCGI，也提供了一些增强功能.

FPM 是一个 PHP 进程管理器，包含 master 进程和 worker 进程两种进程：master 进程只有一个，负责监听端口，接收来自 Web Server 的请求，而 worker 进程则一般有多个 (具体数量根据实际需要配置)，每个进程内部都嵌入了一个 PHP 解释器，是 PHP 代码真正执行的地方

Nginx的模块与工作原理

Nginx由内核和模块组成，其中，内核的设计非常微小和简洁，完成的工作也非常简单，仅仅通过查找配置文件将客户端请求映射到一个location block（location是Nginx配置中的一个指令，用于URL匹配），而在这个location中所配置的每个指令将会启动不同的模块去完成相应的工作。

如nginx.conf,请求过来后nginx会根据.php在conf配置文件中找到对应的location block，交由fastcig处理[php-fpm]

PHP-FPM的默认配置php-fpm.conf

 listen_address  127.0.0.1:9000 #这个表示php的fastcgi进程监听的ip地址以及端口
     start_servers
     min_spare_servers
     max_spare_servers

nginx.conf location段配置

location ~ \.php$ {
            root html;   
            fastcgi_pass 127.0.0.1:9000; 指定了fastcgi进程侦听的端口,nginx就是通过这里与php交互的
            fastcgi_index index.php;
            include fastcgi_params;
            fastcgi_param SCRIPT_FILENAME   /usr/local/nginx/html$fastcgi_script_name;
    }

Nginx通过location指令，将所有以php为后缀的文件都交给127.0.0.1:9000来处理，而这里的IP地址和端口就是FastCGI进程监听的IP地址和端口

Nginx的模块从结构上分为核心模块、基础模块和第三方模块

  1. 核心模块：HTTP模块、EVENT模块和MAIL模块
  2. 基础模块：HTTP Access模块、HTTP FastCGI模块、HTTP Proxy模块和HTTP Rewrite模块
  3. 第三方模块：HTTP Upstream Request Hash模块、Notice模块和HTTP Access Key模块

用户根据自己的需要开发的模块都属于第三方模块。正是有了这么多模块的支撑，Nginx的功能才会如此强大

Nginx的模块从功能上分为如下三类

  1. Handlers（处理器模块）。此类模块直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。Handlers处理器模块一般只能有一个
  2. Filters （过滤器模块）。此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改操作，最后由Nginx输出
  3. Proxies （代理类模块）。此类模块是Nginx的HTTP Upstream之类的模块，这些模块主要与后端一些服务比如FastCGI等进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能

Nginx的模块直接被编译进Nginx，因此属于静态编译方式。启动Nginx后，Nginx的模块被自动加载，不像Apache，首先将模块编译为一个so文件，然后在配置文件中指定是否进行加载。在解析配置文件时，Nginx的每个模块都有可能去处理某个请求，但是同一个处理请求只能由一个模块来完成

Nginx的进程模型

在工作方式上，Nginx分为单工作进程和多工作进程两种模式。在单工作进程模式下，除主进程外，还有一个工作进程，工作进程是单线程的；在多工作进程模式下，每个工作进程包含多个线程。Nginx默认为单工作进程模式.

Nginx在启动后，会有一个master进程和多个worker进程

master进程

master进程充当整个进程组与用户的交互接口，同时对进程进行监护。它不需要处理网络事件，不负责业务的执行，只会通过管理worker进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能

worker进程 [真正干活的进程]

而基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致，这里面的原因与nginx的进程模型以及事件处理模型是分不开的

worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。当我们提供80端口的http服务时，一个连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接，怎么做到的呢？首先，每个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样一个完整的请求就是这样的了。

以下为简化图 nginx进程模型

nginx进程模型

Nginx+FastCGI运行原理

Nginx不支持对外部程序的直接调用或者解析，所有的外部程序（包括PHP）必须通过FastCGI接口来调用。FastCGI接口在Linux下是socket（这个socket可以是文件socket，也可以是ip socket）

wrapper:为了调用CGI程序，还需要一个FastCGI的wrapper（wrapper可以理解为用于启动另一个程序的程序），这个wrapper绑定在某个固定socket上，如端口或者文件socket。当Nginx将CGI请求发送给这个socket的时候，通过FastCGI接口，wrapper接收到请求，然后Fork(派生）出一个新的线程，这个线程调用解释器或者外部程序处理脚本并读取返回数据；接着，wrapper再将返回的数据通过FastCGI接口，沿着固定的socket传递给Nginx；最后，Nginx将返回的数据（html页面或者图片）发送给客户端

image

这个wrapper需要完成的工作

  1. 调用fastcgi的函数使socket和ningx通信（读写socket是fastcgi内部实现的功能，对wrapper是非透明的）
  2. 调度thread，进行fork和kill
  3. 和application（php）进行通信

Nginx与PHP-FPM

整体工作流程

  1. FastCGI进程管理器php-fpm自身初始化，启动主进程php-fpm和启动start_servers个FastCGI 子进程.主进程php-fpm主要是管理fastcgi子进程，监听9000端口.
  2. 当客户端请求到达Web ServerNginx时,将所有以php为后缀的文件都交给127.0.0.1:9000来处理[见第30行配置]
  3. PHP-FPM选择并连接到一个子进程CGI解释器.Nginx将CGI环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程
  4. FastCGI子进程完成处理后将标准输出和错误信息从同一连接返回给Nginx,当FastCGI子进程关闭连接时，请求便告处理完成
  5. FastCGI子进程接着等待并处理来自FastCGI进程管理器[php-fpm]的下一个连接

然后看我就够了

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本文最后编辑时间为: Apr 19, 2021 at 13:56 pm
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